JPH0649964Y2 - 送りねじ - Google Patents
送りねじInfo
- Publication number
- JPH0649964Y2 JPH0649964Y2 JP1986066721U JP6672186U JPH0649964Y2 JP H0649964 Y2 JPH0649964 Y2 JP H0649964Y2 JP 1986066721 U JP1986066721 U JP 1986066721U JP 6672186 U JP6672186 U JP 6672186U JP H0649964 Y2 JPH0649964 Y2 JP H0649964Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- screw
- nut
- screw shaft
- positioning accuracy
- thermal expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Transmission Devices (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、超精密位置決めが要求される半導体製造装置
のうちの露光装置や、磁気ディスク装置における検査装
置その他の測定機器における送りねじに関するものであ
る。
のうちの露光装置や、磁気ディスク装置における検査装
置その他の測定機器における送りねじに関するものであ
る。
「従来の技術」 送り機構として三角ねじや台形ねじを用いた送りねじ
は、従来より工作機械の刃物台用などに広く用いられ、
送りねじの材料は、金属が用いられている。近年、半導
体製造装置のうちでも露光装置などや、磁気ディスク装
置における検査装置、その他の測定機器において、１μ
ｍからこれ以下の超精密位置決めが要求されている。こ
の送り機構として、送りねじやボールねじをはじめとし
てリニアパルスモータなど多くのものがこの精度に応ず
るために工夫されてそれぞれの分野で用いられている。
ボールねじは、ねじ溝を転動するボールがナット内を移
動する機構となっているが、ねじ溝から離れてナット内
を転動するようになる時に、微小な振動の発生が避けら
れず、超精密位置決め用としては好ましくないといわ
れ、各種の工夫がされている。
は、従来より工作機械の刃物台用などに広く用いられ、
送りねじの材料は、金属が用いられている。近年、半導
体製造装置のうちでも露光装置などや、磁気ディスク装
置における検査装置、その他の測定機器において、１μ
ｍからこれ以下の超精密位置決めが要求されている。こ
の送り機構として、送りねじやボールねじをはじめとし
てリニアパルスモータなど多くのものがこの精度に応ず
るために工夫されてそれぞれの分野で用いられている。
ボールねじは、ねじ溝を転動するボールがナット内を移
動する機構となっているが、ねじ溝から離れてナット内
を転動するようになる時に、微小な振動の発生が避けら
れず、超精密位置決め用としては好ましくないといわ
れ、各種の工夫がされている。
また、従来から用いられている送りねじをこの分野に適
用するための改良が行なわれている。
用するための改良が行なわれている。
「考案が解決しようとする問題点」 従来からある金属製の送りねじにおいては、ねじ面にお
ける微小な摩耗が避けられず、これが送り精度を悪くす
る原因となり、このために精密な位置決めもできない。
ける微小な摩耗が避けられず、これが送り精度を悪くす
る原因となり、このために精密な位置決めもできない。
このほかに送りねじ面における潤滑剤の発熱によりねじ
軸およびナットが熱変形を起し同様に精度低下の原因と
なる。
軸およびナットが熱変形を起し同様に精度低下の原因と
なる。
「考案が解決しようとする手段」 そこで、本考案は上記の事情に鑑み、ねじ軸およびナッ
トを熱膨張係数が小さくヤング率が高く、高精度に加工
でき耐摩耗性に優れたセラミック材にて構成し、問題点
を解決するものである。
トを熱膨張係数が小さくヤング率が高く、高精度に加工
でき耐摩耗性に優れたセラミック材にて構成し、問題点
を解決するものである。
「実施例」 第１図は、送りねじの概要を示す。すなわち、ねじ軸１
は一定形状のねじ山を一定ピッチにて形成し、これにナ
ット２が螺合している。ねじ軸１は必要により両端付近
または少なくとも一端にはボールベアリング３などの軸
受を設ける。ねじ軸１には、カップリングを介してパル
スモータなど（図示せず）の駆動源と接続する。駆動源
によるねじ軸１の回転によりナット２が軸方向に移動す
る。一方、ナット２の位置を測定するために、レーザ測
定器などを使用し、制御系を介してねじ軸１を回転さ
せ、所定の位置に停止するように構成する。ナット２に
は回転防止のために、別途直線案内（図示せず）を設け
る。
は一定形状のねじ山を一定ピッチにて形成し、これにナ
ット２が螺合している。ねじ軸１は必要により両端付近
または少なくとも一端にはボールベアリング３などの軸
受を設ける。ねじ軸１には、カップリングを介してパル
スモータなど（図示せず）の駆動源と接続する。駆動源
によるねじ軸１の回転によりナット２が軸方向に移動す
る。一方、ナット２の位置を測定するために、レーザ測
定器などを使用し、制御系を介してねじ軸１を回転さ
せ、所定の位置に停止するように構成する。ナット２に
は回転防止のために、別途直線案内（図示せず）を設け
る。
従来技術では、ねじ軸、ナットの材質は炭素鋼の焼入れ
したものを精密にラップ仕上げしたものを使用してい
た。
したものを精密にラップ仕上げしたものを使用してい
た。
これに対し、本考案はねじ軸１、ナット２を窒化珪素で
構成した。ねじ軸１長さを400mm（ねじ有効部長さを300
mm）、ねじ径20mm、ねじピッチ5mmの台形ねじとし、ま
たナット２は長さ50mmとした。ねじ軸１の形成にあたっ
ては、セラミック材の外周を研削加工し、その後、ねじ
ピッチをレーザ干渉計で測定しながらねじピッチごとの
ピッチ誤差、ねじ部全体にわたる累積されるピッチ誤差
を調整するために、ラップ仕上げをしている。ピッチ誤
差は最大0.5μｍ、累積の誤差を２μｍになるように仕
上げた。ここで、本考案の送りねじの精度を評価するた
めに、位置決め精度を測定した。なお、位置決め精度と
は、ナット２をねじ軸１上の任意の一点に同じ方向から
７回位置決めを行い、それぞれの停止位置を測定した時
の最大差の1/2で表すものであり（JIS B 6330参照）、
組立直後の摩耗していない状態での位置決め精度を初期
位置決め精度とした。
構成した。ねじ軸１長さを400mm（ねじ有効部長さを300
mm）、ねじ径20mm、ねじピッチ5mmの台形ねじとし、ま
たナット２は長さ50mmとした。ねじ軸１の形成にあたっ
ては、セラミック材の外周を研削加工し、その後、ねじ
ピッチをレーザ干渉計で測定しながらねじピッチごとの
ピッチ誤差、ねじ部全体にわたる累積されるピッチ誤差
を調整するために、ラップ仕上げをしている。ピッチ誤
差は最大0.5μｍ、累積の誤差を２μｍになるように仕
上げた。ここで、本考案の送りねじの精度を評価するた
めに、位置決め精度を測定した。なお、位置決め精度と
は、ナット２をねじ軸１上の任意の一点に同じ方向から
７回位置決めを行い、それぞれの停止位置を測定した時
の最大差の1/2で表すものであり（JIS B 6330参照）、
組立直後の摩耗していない状態での位置決め精度を初期
位置決め精度とした。
そして、上記本考案の送りねじを、ねじ軸１とナット２
間には潤滑油を供給し、ねじ軸１の回転数は500rpmで、
直径50mmのナット２の外周での温度上昇は３℃の条件で
使用したところ、初期位置決め精度および1000時間の使
用後の位置決め精度がいずれも0.1μｍと極めて高精度
となることが確認された。
間には潤滑油を供給し、ねじ軸１の回転数は500rpmで、
直径50mmのナット２の外周での温度上昇は３℃の条件で
使用したところ、初期位置決め精度および1000時間の使
用後の位置決め精度がいずれも0.1μｍと極めて高精度
となることが確認された。
これは、窒化珪素質セラミックスの熱膨張率（０〜50
℃）が、1.8×10-6／℃と非常に小さいため、ナット２
の温度上昇に伴う寸法変化が極めて小さくなること、窒
化珪素質セラミックスのヤング率が3.2×104kg/mm2と大
きいため、加工時の変形が少なく高精度に加工できるこ
とにより、初期位置決め精度を高精度とできるのであ
る。また、窒化珪素質セラミックスはロックウェル硬度
（HRA）91と高硬度であるから、使用時の摩耗も少な
く、長時間使用後も初期値と変わらない精度を保つこと
ができるのである。
℃）が、1.8×10-6／℃と非常に小さいため、ナット２
の温度上昇に伴う寸法変化が極めて小さくなること、窒
化珪素質セラミックスのヤング率が3.2×104kg/mm2と大
きいため、加工時の変形が少なく高精度に加工できるこ
とにより、初期位置決め精度を高精度とできるのであ
る。また、窒化珪素質セラミックスはロックウェル硬度
（HRA）91と高硬度であるから、使用時の摩耗も少な
く、長時間使用後も初期値と変わらない精度を保つこと
ができるのである。
これに対し、炭素鋼としてS45C（機械構造用炭素鋼）焼
入れ材にて同一形状のねじ軸、ナットを作り同一駆動系
にて比較評価した。１ピッチにおけるピッチ誤差、また
累積誤差はセラミック材と同レベルであった。この時、
運転開始後100時間の間は、位置決め精度が0.5μｍであ
った。その後、時間とともにこの精度が悪化し500時間
においては、1.0μｍであった。この時にねじ軸面を検
査したところ、ねじ面に沿って0.5μｍ深さの摩耗傷が
みられた。
入れ材にて同一形状のねじ軸、ナットを作り同一駆動系
にて比較評価した。１ピッチにおけるピッチ誤差、また
累積誤差はセラミック材と同レベルであった。この時、
運転開始後100時間の間は、位置決め精度が0.5μｍであ
った。その後、時間とともにこの精度が悪化し500時間
においては、1.0μｍであった。この時にねじ軸面を検
査したところ、ねじ面に沿って0.5μｍ深さの摩耗傷が
みられた。
このように、本考案の送りねじは、熱膨張係数が小さ
く、かつ高ヤング率のセラミックスを用いることによ
り、位置決め精度を極めて優れたものとできるのであ
る。
く、かつ高ヤング率のセラミックスを用いることによ
り、位置決め精度を極めて優れたものとできるのであ
る。
その中でも特に０〜50℃の熱膨張率が３×10-6／℃以下
のセラミック材を用いる点が重要である。これは、送り
ねじの位置決め誤差は、使用時のナット２の温度上昇に
伴う寸法変化によって生じるため、ナット２の熱膨張率
を小さくするほど位置決め精度を高められるからであ
る。そして、ナット２の熱膨張率を３×10-6／℃以下と
することで、初めて位置決め精度を0.2μｍ以下と極め
て高精度にできるのである。
のセラミック材を用いる点が重要である。これは、送り
ねじの位置決め誤差は、使用時のナット２の温度上昇に
伴う寸法変化によって生じるため、ナット２の熱膨張率
を小さくするほど位置決め精度を高められるからであ
る。そして、ナット２の熱膨張率を３×10-6／℃以下と
することで、初めて位置決め精度を0.2μｍ以下と極め
て高精度にできるのである。
なお、本考案における熱膨張率は、通常送りねじを使用
する温度域である０〜50℃の間で測定した値で表現す
る。
する温度域である０〜50℃の間で測定した値で表現す
る。
また、本考案の送りねじを構成する材質としては、ヤン
グ率2.5×104kg/mm2以上のセラミック材を用いる点も重
要である。これはヤング率の高い高剛性材でねじ軸１や
ナット２を加工すれば、加工時の変形が少ないことから
高精度の加工を行うことができるためである。そして、
ヤング率2.5×104kg/mm2以上のセラミック材を用いれ
ば、位置決め精度に対してほとんど影響を及ぼすことが
なくなるのである。
グ率2.5×104kg/mm2以上のセラミック材を用いる点も重
要である。これはヤング率の高い高剛性材でねじ軸１や
ナット２を加工すれば、加工時の変形が少ないことから
高精度の加工を行うことができるためである。そして、
ヤング率2.5×104kg/mm2以上のセラミック材を用いれ
ば、位置決め精度に対してほとんど影響を及ぼすことが
なくなるのである。
さらに、本考案の送りねじはセラミック材で形成するた
め、硬度が高く、摩耗が少ないことから、長期間使用し
ても優れた位置決め精度を保つことができる。
め、硬度が高く、摩耗が少ないことから、長期間使用し
ても優れた位置決め精度を保つことができる。
ここで、熱膨張係数、ヤング率の異なる各種材料を用い
て送りねじを構成し、それぞれの位置決め精度を測定し
た。本考案実施例として炭化珪素（SiC）、窒化珪素（S
i3N4）を、比較例として炭素鋼（S45C）、アルミナ（99
％ Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）を用意した。結果は
以下に示す通りである。
て送りねじを構成し、それぞれの位置決め精度を測定し
た。本考案実施例として炭化珪素（SiC）、窒化珪素（S
i3N4）を、比較例として炭素鋼（S45C）、アルミナ（99
％ Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）を用意した。結果は
以下に示す通りである。
熱膨張係数 ヤング率 表面粗さ （０〜50℃） S45C 12×10-61/℃ 2.0×104kg/mm2 0.6S以下 99％Al2O3 5.8 3.5 〃 Si3N4 1.8 3.2 〃 SiC 2.8 4.4 〃 ZrO2 6.8 2.1 〃 初期位置決め精度は次のとおりであった。
S45C 0.5μｍ 99％Al2O3 0.3 Si3N4 0.1（精度達成） SiC 0.15（精度達成） ZrO2 0.4 この結果より明らかに、本考案実施例である、熱膨張率
３×10-6／℃以下の炭化珪素（SiC）、窒化珪素（Si
3N4）を用いた送りねじは、それぞれ位置決め精度が0.1
μｍ、0.15μｍとなり、初期位置決め精度が0.2μｍ以
下と極て優れた精度にすることができた。
３×10-6／℃以下の炭化珪素（SiC）、窒化珪素（Si
3N4）を用いた送りねじは、それぞれ位置決め精度が0.1
μｍ、0.15μｍとなり、初期位置決め精度が0.2μｍ以
下と極て優れた精度にすることができた。
これは、前記したように、熱膨張率が３×10-6／℃以下
と小さいことから、使用時の温度上昇に伴う寸法変化を
極めて小さくできるためである。
と小さいことから、使用時の温度上昇に伴う寸法変化を
極めて小さくできるためである。
次に500時間後の位置決め精度についてみる。
摩耗傷 S45C １μｍ 0.5μｍ深さ 99％Al2O3 0.6 0.3 Si3N4 0.1（精度達成） 0.1（耐摩耗性） SiC 0.15（精度達成） 0.1（耐摩耗性） ZrO2 0.7 0.4 このように、本考案実施例である炭化珪素（SiC）、窒
化珪素（Si3N4）を用いた送りねじは、ヤング率が高く
かつ硬度も大きいため、共に摩耗傷の深さが0.1μｍと
小さく、耐摩耗性が高いことがわかる。そのために、50
0時間使用後も初期値と同じ位置決め精度を保ってお
り、長期間高精度の使用が可能であることがわかる。
化珪素（Si3N4）を用いた送りねじは、ヤング率が高く
かつ硬度も大きいため、共に摩耗傷の深さが0.1μｍと
小さく、耐摩耗性が高いことがわかる。そのために、50
0時間使用後も初期値と同じ位置決め精度を保ってお
り、長期間高精度の使用が可能であることがわかる。
「考案の効果」 本考案は、上述したように、ねじ軸、および該ねじ軸に
螺合するナットを、０〜50℃における熱膨張係数が3.0
×10-6／℃以下、ヤング率が2.5×104kg/mm2以上の炭化
珪素質または窒化珪素質セラミックで構成し、初期位置
決め精度が0.2μｍ以下である送りねじであるので、熱
膨張が小さく摩耗しにくいことにより、高精度の位置決
め精度が保たれる。
螺合するナットを、０〜50℃における熱膨張係数が3.0
×10-6／℃以下、ヤング率が2.5×104kg/mm2以上の炭化
珪素質または窒化珪素質セラミックで構成し、初期位置
決め精度が0.2μｍ以下である送りねじであるので、熱
膨張が小さく摩耗しにくいことにより、高精度の位置決
め精度が保たれる。
第１図は本考案の具体的一実施例の送りねじの縦断面図
である。 １……ねじ軸 ２……ナット
である。 １……ねじ軸 ２……ナット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−110953（ＪＰ，Ａ) 無機質材料研究所「ファインセラミック ス新素材」（昭60−６−28）日刊工業新聞 社
Claims (1)
- 【請求項１】ねじ軸の回転により、該ねじ軸に螺合され
たナットを直線方向に移動させ、このナットに連結され
た被移動物体を超精密位置決めするための送りねじにお
いて、上記ねじ軸、および該ねじ軸に螺合するナット
を、０〜50℃における熱膨張係数が３×10-6／℃以下、
ヤング率が2.5×104kg/mm2以上の炭化珪素質または窒化
珪素質セラミックで構成し、初期位置決め精度が0.2μ
ｍ以下であることを特徴とする送りねじ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986066721U JPH0649964Y2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 送りねじ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986066721U JPH0649964Y2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 送りねじ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62177955U JPS62177955U (ja) | 1987-11-12 |
| JPH0649964Y2 true JPH0649964Y2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=30904990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1986066721U Expired - Lifetime JPH0649964Y2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 送りねじ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0649964Y2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11270649A (ja) * | 1998-03-25 | 1999-10-05 | Nippon Seiko Kk | ボールねじ装置 |
| KR20170046568A (ko) * | 2015-10-21 | 2017-05-02 | 더 보잉 컴파니 | 위스커 보강 고 파괴인성 세라믹 나사형 체결요소 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021025592A (ja) * | 2019-08-06 | 2021-02-22 | 日本電産コパル株式会社 | 駆動装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59110953A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-27 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | ねじ構造およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP1986066721U patent/JPH0649964Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 無機質材料研究所「ファインセラミックス新素材」（昭６０−６−２８）日刊工業新聞社 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11270649A (ja) * | 1998-03-25 | 1999-10-05 | Nippon Seiko Kk | ボールねじ装置 |
| KR20170046568A (ko) * | 2015-10-21 | 2017-05-02 | 더 보잉 컴파니 | 위스커 보강 고 파괴인성 세라믹 나사형 체결요소 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62177955U (ja) | 1987-11-12 |
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